用MATLAB完成下列控制器的设计及验证:单位反馈系统开环传递函数G(s)=,试设计串联超前校正装置,试系统满足下面性能指标: (1)相角裕量=5 。 (2)单位斜坡输入下的稳态误差 。
时间: 2024-12-12 13:17:48 浏览: 27
运用MATLAB进行控制系统串联校正装置的设计.pdf
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要使用MATLAB完成串联超前校正控制器的设计,首先我们需要明确给定的单位反馈系统开环传递函数G(s)的具体表达式。由于您没有提供具体的G(s),我会假设它是一个一般形式的传递函数,比如G(s) = N(s)/D(s),其中N(s)和D(s)都是多项式。
假设我们有这样一个传递函数,我们可以按照以下步骤进行设计:
1. **性能指标定义**:
- 相角裕量(Phase Margin, PM)为5度,这意味着闭环系统的最大相位滞后应至少为-175度(因为90度加上5度等于175度)。
- 单位斜坡输入下的稳态误差( Steady-state Error under Ramp Input, SERI)要求非常小,比如我们设为零,因为这是一个理想化的要求,实际应用中可能会有一定程度的非零误差。
2. **设计校正器**:
我们的目标是找到一个合适的校正器,使得闭环传递函数的特征根接近于单位圆并且相位滞后足够大。在这种情况下,可以选择一个带超前环节的校正器,例如`K(s) = K_p + K_i * s`。
3. **设计过程**:
- 定义校正器的比例增益`K_p`和积分增益`K_i`的范围。
- 使用`place`函数设置闭环传递函数的零点和极点位置,以实现所需相角裕量。
- 通过反复调整`K_p`和`K_i`,计算`Gc(s) = K(s) * G(s)`,直到满足PM和SERI要求。
以下是一个简化的MATLAB代码片段:
```matlab
% 假设G(s) = num/G(s)
num = ...; % 输入您的N(s)系数
den = ...; % 输入您的D(s)系数
% 设定初始值
K_p = 1; % 初始比例增益
K_i = 0.1; % 初始积分增益
Gc = K(s);
% 相角裕量循环
while pm(Gc) < 175
% 更新K(s)
K_i = ...; % 根据当前相角裕量微调K_i
K(s) = K_p + K_i*s;
% 计算闭环Gc(s)
Gc = feedback(K(s)*num, den);
% 更新相角裕量和稳态误差
pm = phaseMargin(Gc);
seri = stepResponse(Gc, 'ramp', 1); % 单位斜坡响应
end
% 输出结果
disp(['Design completed with K_p = ', num2str(K_p), ', K_i = ', num2str(K_i)]);
```
请注意,这里的`pm`函数和`stepResponse`函数可能是MATLAB Control System Toolbox中的功能,如果不在该范围内,您需要查阅相关文档或安装适当工具包。
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